Влияние кинетического фактора

С увеличением времени выдержки скорость роста деформационного слоя падает (это следует из параболичной зависимости у(τ)). Постепенно на поверхности образуется пресыщение и образовываются следующие фазы по содержанию диффузионного элемента. За тем процесс повторяется, на поверхности второй растет третья.

Если скорости всех трех фаз одинакова, то сохраняются все три фазы в том порядке, что соответствует диаграмме состояния.

Скорости роста фаз могут отличаться. Например, у фазы 1,Ф1,скорость роста значительно превышает фазы 2, Ф2. Второй слой будет образовываться на поверхности первого, но толщина его будет увеличиваться значительно меньше чем у фазы 1,Ф1.

Если скорость Ф3>Ф2, то постепенно Ф3 будет перегонять Ф2 и поглощать ее. В результате в какой-то момент Ф2 исчезает, и покрытие будет состоять из Ф1 и Ф3.То есть формирование покрытия произошло в соответствии с диаграммой состояния, но разные кинетические условия формирования фаз обуславливают иное покрытие. Изменения температурно-временных условий насыщения, могут привести к восстановлению слоя фазы 2,Ф2.

Формирование слоев с образованием стехиометрических соединений

Возможны случаи, когда в процессе насыщения формируются фазы постоянного состава. Наиболее характерный случай – борирование (насыщение В). На первом этапе, в зависимости от температуры, образовывается твердый раствор В либо в α-Fe, либо γ-Fe. Растворимость В в Fe очень мала. На поверхности быстро образовывается пресыщение ,и формируется фаза Fe₂B, в котором 9% В. Формирование фазы происходит за счет химического взаимодействия.

После образования Fe₂B содержание В увеличивается, и образовывается FeB c содержанием 16%В. Обе фазы имеют постоянный состав. Диффузия по этому невозможна.

Особенности строения диффузионного слоя

Диффузионный слой обычно легко определяется по разнице твердости с матрицей. Если слой однофазный ,то его граница либо отсутствует, либо сильно размыта, и микроструктурно определить толщину слоя трудно.

В этом случае используется либо дюрометрический метод – измерение микротвердости по толщине диффузионного слоя, либо микрорентгеноспектральный – определение элемента по толщине слоя.

Если слой состоит из нескольких фаз, резко отличающихся по составу. Между ними проявляется граница раздела, как линии повышенной травимости. В этом случае за толщину покрытия принимают расстояния от поверхности до границы раздела «покрытие - матрица». Под покрытием всегда существует зона с повышенным содержанием диффундирующего элемента: переходная зона. Эта зона обеспечивает хорошее сцепление с матрицей. Зона всегда имеет повышенную твердость, соответственно обеспечивает непродавлеваимость при высоких внешних контактных нагрузках. Обычный диффузионный слой имеет столбчатое строение. Зерна начинают формироваться на границе, и по мере продвижения во внутрь растут.

Так как образование зародыша происходит, в соответствие с принципом Данкова-Конобиевского, ориентация кристаллов сохраняется. В фазах наблюдается аксиальная текстуририваность.

В переходной зоне могут наблюдаются включения фазы, составляющие переходной слой, а в основной - вдоль границ зерен, так как там диффузия облегчена.